[摘 要]煤化工的基礎(chǔ)是煤氣化，煤氣化技術(shù)是實現(xiàn)煤炭綜合利用以及潔凈煤技術(shù)的重要手段，該系統(tǒng)需要一定比例的氧氣、水蒸氣與煤中的碳進行一系列反應(yīng)，生成CO及H2。空分裝置為煤氣化系統(tǒng)提供作為氣化劑的氧氣、惰性保護及氣力輸送的氮氣。不同煤氣化工藝的最終產(chǎn)品、工作溫度及壓力，決定了空分裝置的氧氣、氮氣壓力及產(chǎn)品量。目前國內(nèi)成功投運最大的空分裝置產(chǎn)氧量為10×104m3/h，變負荷范圍在75%到105%。隨著煤化工項目大型化發(fā)展，項目一般需選用幾套空分設(shè)備聯(lián)合供氣，配置單套生產(chǎn)能力大、系列少的空分設(shè)備，具有投資成本少、建設(shè)周期短等特點，但對設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定性要求較高；而配套多系列、產(chǎn)能小的空分設(shè)備，可在單系列空分設(shè)備故障停車時，其他系列保持運行，保證后續(xù)生產(chǎn)裝置低負荷運行，避免由于氧氣或氮氣中斷而引起全廠聯(lián)鎖停車。
　　[關(guān)鍵詞]煤化工；項目配套；空分技術(shù)
　　中圖分類號：S793 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）24-0048-01
　　1 空分技術(shù)在煤化工的應(yīng)用
　　隨著煤氣化技術(shù)的進步，現(xiàn)代煤氣化向高壓化和大型化發(fā)展，從而實現(xiàn)能量高效回收利用，降低合成氣壓縮能耗或?qū)崿F(xiàn)等壓合成，降低能耗及生產(chǎn)成本。不同煤氣化技術(shù)主要工藝性能參數(shù)見表1。
　　不同的氣化爐因工藝及適應(yīng)的煤種不同，對氧的需求也不同。由表1可看出，氣流床的耗氧量最高，其次是流化床，固定床的耗氧量最低。對于同等規(guī)模的煤氣化裝置，采用氣流床工藝需配套的空分設(shè)備規(guī)模最大。煤化工項目規(guī)模不斷增大，必然需要配套大容量的空分設(shè)備，提供足量的氧氣，以保證氣化裝置獲得理想的碳轉(zhuǎn)化率。通常40×108m3/a煤制天然氣項目，空分裝置需提供30×104m3/h～80×104m3/h的氧氣量，其中固定床碎煤加壓氣化技術(shù)需提供30×104m3/h的氧氣量，德士古水煤漿氣化技術(shù)需提供80×104m3/h的氧氣量，需配套設(shè)置5～13套6×104m3/h等級的大型空分設(shè)備。國家發(fā)改委核準第一批煤制天然氣示范項目配套空分設(shè)備情況見表2。其中，內(nèi)蒙古匯能煤化工有限公司（內(nèi)蒙古匯能）煤制天然氣項目采用德士古水煤漿氣流床加壓氣化工藝，而內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰旗（大唐克旗）煤制天然氣項目、新疆慶華煤制天然氣項目及遼寧大唐國際阜新（大唐阜新）煤制天然氣項目均采用由賽鼎工程有限公司開發(fā)的固定床碎煤加壓氣化工藝。
　　2 空分設(shè)備流程選擇
　　2.1 常壓煤氣化工藝配套空分設(shè)備的流程選擇
　　常壓煤氣化技術(shù)以富氧空氣為氣化劑，氣化爐內(nèi)壓力一般不高于25kPa�？紤]到管網(wǎng)的壓力損失，要求出空分設(shè)備的氧氣壓力在3080kPa左右，可以選擇外壓縮流程空分設(shè)備或自增壓流程空分設(shè)備。外壓縮流程空分設(shè)備通過提高空壓機的排氣壓力，使空分設(shè)備生產(chǎn)的氧氣壓力達到工藝要求，此流程能耗高。后改為不直接提高空壓機的排氣壓力，由空分設(shè)備生產(chǎn)壓力為1215kPa的低壓產(chǎn)品氧氣，經(jīng)氧壓機增壓至所需壓力后輸入用戶管網(wǎng)。這種流程配置需增加氧壓機投資和運行維護成本。氧氣自增壓流程通過提高液氧蒸發(fā)器中汽化氧氣的壓力，使出空分設(shè)備的產(chǎn)品氧氣壓力達到4060kPa。此流程即不增加能耗，又節(jié)省投資，且操作簡單。
　　2.2 加壓煤氣化工藝配套空分設(shè)備的流程選擇
　　空分設(shè)備產(chǎn)品氧氣的壓力由氣化爐的壓力決定。水煤漿加壓氣化工藝的原料煤經(jīng)磨制成水煤漿后由泵送進氣化爐，有利于提高氣化爐壓力。而干法進料氣化壓力的提高幅度有限，相應(yīng)的氣化爐壓力不高。一般情況下可以根據(jù)工藝需要進行壓力選擇，以方便下游多種壓力工藝氣體的使用。如用于合成甲醇、醋酸項目，氧氣壓力67MPa較為適宜。這樣后序工藝不需再增壓，節(jié)省中間壓縮的工序，降低能耗。從目前市場上氣化爐設(shè)計壓力可以看出，水煤漿氣流床氣化工藝對氧氣壓力的要求最高，可達10MPa，使通過氧壓機壓縮實現(xiàn)的外壓縮流程變得既不安全，也沒有相應(yīng)的氧壓機可供選擇，必須將液氧由液氧泵加壓后，在換熱器復熱后出冷箱得到。
　　3 空分設(shè)備關(guān)鍵配套部機的選擇
　　3.1 大型壓縮機組
　　對于煤化工行內(nèi)壓縮流程來說，空分設(shè)備必須設(shè)置增壓系統(tǒng)，這樣才可以保證為高壓液氧提供熱高壓氣體。一般來說，煤化工空分設(shè)備的規(guī)模都非常大，因此，原料空壓機組和增壓機組的規(guī)模應(yīng)當與之相對應(yīng)。在這種狀況下，大型煤化工配套的空分設(shè)備的流量應(yīng)當在20萬m3/h，有時甚至可能翻倍。
　　按照現(xiàn)在國際標準，如果煤化型空分設(shè)備的流量在55000m3/h以下，應(yīng)當采用等溫離心壓縮機。如果流量達到了10萬m3/h，則需要采用單缸外冷軸流加離心等設(shè)備。
　　空分壓縮機可以采用進口導葉調(diào)節(jié)器，這樣可以在驅(qū)動機轉(zhuǎn)速不變情況下有效獲得入口流量。以往的調(diào)節(jié)機主要采用直線形成氣動，從而使得執(zhí)行器可以被驅(qū)動。其結(jié)構(gòu)主要是平行四連桿機構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)的功率消耗過大，部件也非常多，精度和匹配難度也非常高，僅僅限于曲柄連桿結(jié)構(gòu)，容易造成傳動鎖死。因此，可以采用錐齒輪、錐齒圈相結(jié)合方法，不斷調(diào)動角度，使得運動機結(jié)構(gòu)更加簡單，精度也更加準確，安裝也更加方便。
　　3.2 分子篩吸附器
　　對于煤化工型設(shè)備來說，其空分設(shè)備的處理器量非常大，因此需要大型的分子篩吸附器。筆者通過觀察，為煤化工項目的配套國外引進空分設(shè)備，這些設(shè)備通常采用立式徑向流分子篩吸附器。例如液化空氣采用雙床層結(jié)構(gòu)，空氣化工產(chǎn)品采用三層床結(jié)構(gòu)。
　　3.3 離心式高壓低溫液體泵
　　對于煤化工空分設(shè)備來說，其最大的一個特點在于使用了離心式高壓低溫液體泵，這樣可以使得壓力顯著提升。對于離心式高壓低溫液體泵來說，由于其輸送的都是低溫液體，在輸送的過程中也能保持一定的低溫，因此一旦吸收了周圍的熱量，可以使得泵內(nèi)的低溫液體大量氣化，從而使得泵的工作受到影響。因此，最近對離心式高壓低溫液體泵在很多方面都具有特殊的要求，例如結(jié)構(gòu)、安裝、運行等等方面。在這方面，國外的起步比我國要早。在現(xiàn)有的煤化工型空氣分工設(shè)備中，許多產(chǎn)品還需要依靠進口，而且價格非常高昂。與之配套的服務(wù)設(shè)施常常不及時，這就給我國生產(chǎn)帶來了極大的阻礙。經(jīng)過我國科研人員的多年攻關(guān)，已經(jīng)成功研制出了適合我國發(fā)展的離心式低溫液壓泵，并在各項數(shù)據(jù)考核中獲得了圓滿的成果，這使得我國煤化工用戶在高壓泵上又多了一個選擇。
　　3.4 大型精餾塔
　　對于煤化工空分裝備來說，裝備的精餾塔體積也非常大。一般來說，50000m3/h的空分裝備需要4000mm。在運輸?shù)倪^程中，如此龐大的尺寸常常給運輸帶來了困難。為了使得運輸更加便捷，對于80000m3/h等級以上的空分設(shè)備精餾塔，應(yīng)當將其盡量控制在4800mm以下。在進行安裝時，可以采用上塔落地布置，主冷獨立布置方法進行安置。
　　4 結(jié)語
　　隨著煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代煤氣化向高壓化和大型化發(fā)展，從而實現(xiàn)能量高效回收利用。煤化工項目規(guī)模不斷增大，必然需要配套大容量的空分設(shè)備，提供足量的氧氣，以保證氣化裝置獲得理想的碳轉(zhuǎn)化率。應(yīng)針對各種煤氣化技術(shù)對氧氣、氮氣產(chǎn)品規(guī)格的要求，選擇與其相配套的空分設(shè)備，并對空分設(shè)備核心單元部機進行優(yōu)化，以滿足裝置長期、穩(wěn)定、高效生產(chǎn)。
　　參考文獻
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